宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有发(fā)现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了(le)万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发(fā)现某些(xiē)天(tiān)体运(yùn)行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应(yīng)用万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)所(suǒ)取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例(lì)子。但是(shì)这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系(xì)被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的质量(liàng)一(yī)般(bān)会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就(jiù)可(kě)以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个星(xī民盟的加入条件是什么，民盟的加入条件是什么样的ng)系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各(gè)个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的(de)运动速度。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然(rán)是(shì)“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见(jiàn)光的形式所存(cún)在(zài)，我(wǒ)们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的(de)过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的(de)速度比理论上要快(kuài)得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生(shēng)的(de)引力(lì)是无(wú)法将它们(men)束(shù)缚(fù)在星(xīng)系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力量(liàng)在起(qǐ)作(zuò)用(yòng)，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的(de)人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行速(sù)度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测的结果(guǒ)却(què)让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度(dù)几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如(rú)果没有足够大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们(men)会(huì)使用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方法(fǎ)来(lái)解(jiě)释暗物质的(de)存在，这种方民盟的加入条件是什么，民盟的加入条件是什么样的法就是测(cè)量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的(de)氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系(xì)也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加速度的原因(yīn)很可能就是存在着一(yī)种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效(xiào)应(yīng)将星(xīng)系聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来(lái)越多的(de)研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并(bìng)不(bù)是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会(huì)出现速度(dù)上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发(fā)现了一个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河系不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系(xì)必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时(shí)的详(xiáng)细(xì)测(cè)量(liàng)之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经被附近(jìn)的(de)另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类(lèi)对(duì)引力的理解还不(bù)够全面(miàn)，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按(àn)照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动。但是(shì)上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则(zé)是不(bù)同的(de)方式。对于在星系(xì)团之间的(de)相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光(guāng)年(nián)的(de)规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们(men)需要对(duì)现在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些发现也(yě)让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存在的(de)其他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们大部分的(de)普通(tōng)质量都在星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的(de)急剧升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子(zi)弹(dàn)星系(xì)团(tuán)大(dà)部分的(de)质(zhì)量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的(de)质(zhì)量区域(yù)到底是不(bù)是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨(jù)大(dà)的形变。其实这些星系(xì)本身并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜出(chū)了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和(hé)我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的(de)光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应。这个巨(jù)大(dà)的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大(dà)质量区(qū)域并(bìng)不是在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直接(jiē)通过了(le)这个区域，并在两边形成(chéng)了(le)引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力(lì)透镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了(le)。经(jīng)过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各(gè)相(xiāng)同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际(jì)上它(tā)们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对前(qián)景背景分离后的(de)二(èr)值图像进行连通域提取和标(biāo)记之后(hòu)发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的(de)测量(liàng)值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这(zhè)个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是(shì)一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引(yǐn)力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当(dāng)于(yú)找到了(le)暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了数(shù)十种的(de)假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相(xiāng)同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了(le)寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不(bù)会与常规(guī)物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地(dì)学实验室(shì)，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个(gè)三层(céng)楼高的探测器，一直致(zhì)力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年(nián)以(yǐ)来(lái)，这里(lǐ)的(de)科学(xué)家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类(lèi)发现暗(àn)物质的(de)第一个直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的(de)振荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而(ér)另外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河(hé)系的(de)平(píng)面呈(chéng)现了(le)60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论(lùn)的(de)有效(xiào)性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以用来解释，研(yán)究人员们(men)所(suǒ)观(guān)测到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号(hào)的差异也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的数量也(yě)符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的实验(yàn)室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一(yī)个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中(zhōng)一(yī)个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实(shí)验室(shì)粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的(de)效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进(jìn)化的(de)一(yī)个(gè)重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一(yī)理论(lùn)得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过(guò)这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前(qián)提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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